NO152727B - Innretning for bruk ved analyse av absorberte gasser i vaesker - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en innretning for bruk ved analyse av absorberte gasser i væsker, omfattende et fleksibelt rør lukket ved en ende, hvilket rør har en åpning i sin vegg ved den lukkede ende, hvor den ytre flate til minst den del av røret som innbefatter åpningen er omhyllet av et lag av bioforenlig, gasspermeabelt materiale.

Ved en kjent metode for kontinuerlig måling av blodgasser in

vivo benyttes en intravaskulær sonde i form av et fleksibelt kateter, hvor den ytre ende er lukket av en gasspermeabel membran. Denne ende av sonden innsettes i blodkaret det dreier seg om,

og dens andre ende forbindes til innløpet på et massespektrometer hvorved innretningen evakueres. Gassene som er absorbert i blodet diffunderer gjennom membranen og passerer langs kateteret til massespektrometeret hvor de blir analysert.

US-patent nr. 3658053 beskriver et blodkateter for bruk ved bestemmelsen av mengde og type av oppløste gasser i blod,

hvilket kateter innbefatter en kanyle av plastmateriale som er lukket ved en ende. Kanylen har en åpning i sin vegg mot den lukkede ende, og den ytre overflate til minst den del av røret som innbefatter åpningen er omsluttet av et lag av gasspermeabelt materiale, såsom silikongummi. Gass diffunderer gjennom silikongummimembranen og inn i kanylen via åpningen.

En ulempe som inntil nu har begrenset anvendbarheten for de kjente sonder som benyttes ved denne prosedyre, har vært be-hovet for fremstilling av den gasspermeable membran av et bioforenlig materiale. Således benytter en kjent utforming av sonden et fleksibelt nylonkateter med en membran av silikongummi, mens en annen benytter et formbart, rustfritt stålkateter med en membran av polytetrafluoretylen (PTFE). Det er imidlertid en ulempe ved silikongummi som membranmateriale at det har iboende en høy gasspermeabilitet (generelt i området 200 x 10 ^° cm^s "'"(cm Hg) 1 for oksygen ved 20°C) , og problemet med en høy permeabilitetsmembran består i tendensen til at oppsamlingsområdet blir tynnet ut for absorbert gass hvis transporthastigheten for gassen til sondespissen ikke er tilstrekkelig stor.

Med andre ord er signalet som oppnås fra en sonde av denne

type uønsket avhengig av blodstrømningshastigheten. PTFE på

den annen side, er en tilsynelatende ideell membran ut fra sin iboende permeabilitet. Imidlertid er problemet med dette materiale den høye temperatur som kreves for bearbeidelse, noe som forhindrer dets bruk med fleksible polymere katetre. Således er en PTFE-membran begrenset til bruk med et kateter fremstilt av et materiale såsom rustfritt stål, som imidlertid ikke gir den samme fleksibilitetsgrad som f.eks. nylon. Særlig er flek-sibiliteten for rustfrie stålkateter ikke tilstrekkelig til å tillate en sikker måling av blodgassnivåer hos barn.

Det er således en hensikt med foreliggende oppfinnelse å til-veiebringe en konstruksjonsform for en intravaskulær sonde eller lignende innretning for bruk ved analyse av absorberte gasser i væsker, hvorved de ovenfor omtalte problemer kan unngås.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt en innretning av den innledningsvis nevnte art. som kjennetegnes ved at den indre flate til det område av omhyllingsmaterialet som ligger over åpningen er belagt med et lag av gasspermeabelt materiale, hvis permeabilitet er betydelig mindre enn permeabiliteten for omhyllingsmateriale.

Innretningen som ovenfor angitt er særlig anvendbar ved analyse av absorberte gasser i blod, f.eks. in vivo-målinger av oksygen og karbondioksydgass-spenningen i arterie- og veneblod, men kan også benyttes ved analyse av absorberte gasser i enhver væske, f.eks. ved massespektroskopi eller gasskromatografi.

En fordel ved den sammensatte membrankonstruksjon ved innretningen som omtalt ovenfor, er at det foran nevnte andre lag kan velges til å gi en ønsket permeabilitet til membranen, særlig slik at problemene med gassfortynning og strømningsav-hengighet blir unngått, mens det første lag kan velges for å gi den ønskede mekaniske forenlighet og andre egenskaper for membranen. Den mekaniske understøttelse som tilveiebringes for det første lag av det andre lag betyr at det andre lag i seg selv kan utformes tynnere enn de kjente enkeltlagmembraner med det resultat at en forbedret reaksjonstid for innretningen kan oppnås (reaksjonstid er en funksjon av permeabiliteten og kvadratet av tykkelsen til det strømningsbestemmende lag).

Når innretningen har form av en intravaskulær sonde, vil det foran nevnte første lag generelt utgjøre det ytre lag i membranen og være fremstilt av et erkjent bioforenlig materiale, selv om dette ikke nødvendigvis må være slik for det indre lag.

For bruk ved måling av blodgassnivåer er permeabiliteten for det andre lag i membranen fortrinnsvis i området (0,001 - 0,01) x 10~<10> cm<2>s<-1> (cm Hg)<-1> for oksygen ved 20°C.

Ved en foretrukken utførelse er det fleksible rør fremstilt av plastmateriale og lukket ved en ende, idet røret har en åpning i sin vegg mot den lukkede ende og den ytre flate til minst

den del av røret som innbefatter åpningen er omhyllet av et lag av bioforenlig gasspermeabelt materiale, og den indre flate til dette areal på omhyllingslaget som ligger over åpningen er belagt med et lag av gasspermeabelt materiale, hvis permeabilitet

er betydelig mindre enn den for omhyllingslaget.

I denne konstruksjonsform utgjøres den gasspermeable membran på innretningen av den del av omhyllingsmateriale som ligger over røråpningen (dvs. det første lag av membranen) sammen med den del av beleggmateriale som understøttes herved (dvs. det andre lag i membranen).

Det er et foretrukket trekk ved denne konstruksjonsform at i det vesentlige hele den indre flate til røret opptar det foran nevnte belegg av materiale med lav permeabilitet. Et slikt belegg hjelper til å redusere innfall av omgivelses-gasser som diffunderer gjennom veggene til røret og øker derved signal-til-bakgrunnsstøyforholdet som er oppnåelig med denne innretning. Belegget kan også tjene til å redusere inn-gang av vanndamp fra veggene til rør fremstilt av hydrofilt materiale (som nylon er et eksempel på).

En videre fordel ved dette belegg er at et godtagbart signal-til-bakgrunnsstøyf orholdet kan oppnås selv med rør fremstilt av materiale med relativt høy gasspermeabilitet, som inntil nu er blitt betraktet som uegnet for bruk som intravaskulære sonder. Med andre ord kan rørmaterialet velges ut fra betraktninger med hensyn til fleksibilitet, bioforenlighet, levetid eller andre egenskaper, og dets iboende gasspermeabilitet be-høver ikke lenger være hovedkriteriet for utvalget.

Et foretrukket materiale for belegging er polyvinylkloridpropo-lymer (PVDC). Et alternativ er krystallinsk polytrifluorklor-etylen ("Kel-F").

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegningene, som skjematisk viser: Fig.l et lengdesnitt gjennom en innretning for bruk ved analyse

av absorberte gasser i væsker, og

fig.2 et lengdesnitt gjennom en annen innretning for bruk ved

analyse av absorberte gasser i væsker.

Fig.l og 2 viser innretninger som har form av en intravaskulær sonde og omfatter et fleksibelt toroms kateter 1 fremstilt f.eks. av nylon 6, hvis ytre diameter f.eks.kan være l,43mm.

Et første rom 2 benyttes som gassprøvetagningsrør.

Som vist på figurene er den ytre vegg til rommet 2 noe tykkere enn veggen for rommet 3, og dens tverrsnittsflate er noe mindre enn den for rommet 3. For å fremstille de viste sonder går man frem på følgende måte.

I hvert tilfelle blir en 50 cm lengde av toromsrøret skåret av og ca. 10 cm fra en ende tilskjæres en åpning 4 i den ytre vegg til rommet 2. I prototypform skjæres åpningen ved hjelp av en skalpell og en føring. Føringen består av en kort lengde av rustfritt stålrør med en åpning i sin side, slik at når to-romsrøret plasseres i føringen, vil den krevede åpningsstør-relse kunne kuttes i røret ved å følge rundt kanten til før-ingsåpningen med skalpellen. Åpningen 4 måler f.eks. 3 mm langs romaksen ved 0,52 mm romdiameter.

Deretter blir en ytre omhylling 5 av silastisk rør av medisinsk kvalitet påført over lengden av toromsrøret ved bruk av xylen av analar grad for å svelle og smøre det silastiske rør. Xylen drives bort ved bruk av en varmluftvifte, noe som bevirker at det silastiske materiale krymper på det indre rør. Det sikres også at alt xylen som kan ha kommet inn i rommene skylles bort. Veggtykkelsen til omhyllingen 5 er f.eks. 25 mikron.

Hele den indre flate til gassprøvetagningsrommet 2, innbefattende flaten til omhyllingen 5 som ligger over åpningen 4, blir så gitt flere belegg av PVDC for å bygge opp et lag 6 med fortrinnsvis 6 mikrons tykkelse. PVDC-belegget benyttes i to former, en organisk oppløsning og en vandig latex. Sistnevnte er til-gjengelig og klar til bruk under betegnelsen "IXAN WA50".

Det organiske oppløsningsmiddel tilveiebringes ved å oppløse "IXAN WN'91"-PVDC-harpiks i tetrahydrofuran (THF) i en konsen-trasjon på 200 g pr.kg. oppløsning. Kateterrøret monteres vertikalt og 0,31 ml organisk oppløsning injiseres i toppen av gassprøvetagningsrommet 2. Luft føres så gjennom rommet for å spyle ut overskudd av oppløsning og drive bort oppløsnings-middelet THF. Jevnheten for laget og i en viss grad tykkelsen bestemmes av strømmen av luft som passerer gjennom rommet.

Det er funnet at en liten strømningshastighet i størrelses-området 1 ml s ^ gir de beste resultater. Med luft fremdeles passerende gjennom rommet benyttes en varmluftblåser for å oppvarme røret til ca. 80°C. Dette trekk gjentas tre ganger ved bruk av "IXAN WA5 0"-latex på vannbasis.

Overskudd av rør skjæres av ved hver ende og lar det bli til-bake 1 cm før åpningen 4 og 2 5 cm bak den. Den fremre ende blir så avtettet ved en av to metoder. Ved den første metode, som er vist på fig.l, trekkes en mengde silastisk adhesiv 7A av medisinsk kvalitet opp i de to rom 2 og 3, hvoretter den plugg som således dannes blir formet til en halvkule for å lette innføringen av sonden i et blodkar. Ved den andre metode, som er vist på fig.2, kan enden av røret bli varmefor-seglet og etterfulgt av en dyppebelegning 7B av silastomer av medisinsk kvalitet. Sistnevnte metode har vist seg å være mer hensiktsmessig med hensyn til den endelige glatthet og letthet ved fremstillingen. Apparatet som ble benyttet for varmefor-segling kan omfatte en liten blokk PTFE som oppvarmes med elek-trisk motstandstråd til ca. 90°C. Et blindhull med 1,5 mm i diameter fremstilles i PTFE-blokken med en dybde på ca. 3mm ved bruk av et slikt bor at det oppnås glatte flater og en halvkuleformet bunn i hullet. Den fremre ende av toromsrrøret plasseres i det oppvarmede hull, og ved utøvelsen av et lett trykk blir enden avtettet.

Til slutt blir en åpning 8 skåret i den ytre vegg og omhyllingslaget til rommet 3 for tagning av blodprøver og kanten malt med silastisk elastomer 9 for å forhindre enhver mulig lekkasje under den silastiske omhylling 5. Det ferdige kateter blir så anbragt på et varmt, ventilert sted i ca. 24 timer for å tillate at adhesiver og elastomer herder.

Ved bruk blir den andre ende av kateteret (ikke vist) utstyrt med et toroms adapter, hvorved gassprøvetagningsrommet 2 kan forbindes til innløpet på et massespektrometer eller et annet analyseinstrument og blodprøvetagningsrommet 3 til en sprøyte.

Ved oppbyggingen av sondene som er vist på figurene utgjøres den gasspermeable membran 10 av den del av den silastiske omhylling 5 som ligger over åpningen 4 sammen med den del av PVDC-laget 6 som herved understøttes. Den silastiske omhylling 5 har en relativt høy gasspermeabilitet, fortrinnsvis i området 200 x 10 cm^s (cm Hg) 1 for oksygen og tjener i det vesentlige for undersøkelse og beskyttelse av det tynne PVDC-lag 6 som ikke har noen vesentlig virkning på gasstrømningshastig-heten gjennom membranen. Det er PVDC som fortrinnsvis har en gasspermeabilitet i området 0,005 x 10 cm s (cm HG) for oksygen som bestemmer gjennomgangen av gass gjennom membranen når rommet 2 evakueres av analyseinstrumentet.

De spesielle fordeler som oppnås ved sondene av den viste type kan oppsummeres på følgende måte: 1) Den effektive gasspermeabilitet for mebranen 10, som bestemt av dens indre lag 6, er lav, og sonden unngår derved problemene med gassfortynning og strømningsavhengighet. 2) Det indre lag 6 til membranen 10 er i seg selv vesentlig tynnere enn enkeltlagsmembranene til kjente intravaskulære

sonder og gir innretningen en meget hurtig reaksjonstid.

3) Den mekaniske understøttelse som gis til membranlaget 6 av den tilsvarende del av omhyllingen 6 er tilstrekkelig i seg selv uten behov for å benytte ekstra avstivningstråder, et sintret metallsubstrat eller en spesiell åpningsgeometri, som alt er trekk som foreligger ved tidligere kjente sonde-utforminger. 4) Anbringelsen av laget 6 på hele den indre flate til gass-prøvetagningsrommet skjærer ned gjennomgang av omgivelses-gasser og vanndamp gjennom veggene til rommet og gir innretningen et høyt signal-til-bakgrunnsstøyforholdet.

5) Den bioforenlige omhylling 5 og belegget 6 med lav permeabilitet tillater at kateteret 1 kan velges i det vesentlige ut fra betraktninger med hensyn til dets mekaniske egenskaper, f.eks. fleksibilitet. Spesielt de viste sonder er tilstrekkelig fleksible til å tillate kontinuerlig måling

av gassnivåer hos syke barn.

6) Toromskonstruksjonen tillater såvel blodgassprøvetagning som tagning av adskilte prøver av selve blodet med en og samme sonde.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet utgående fra en toroms-sonde, er det klart at også enkeltromssonder for bruk ved blod-gassanalyse kan utformes i samsvar med oppfinnelsen under opp-nåelse av alle de fordeler som er oppsummert ovenfor med unn-tak av punkt 6.

Claims (2)

1. Innretning for bruk ved analyse av absorberte gasser i væsker, omfattende et fleksibelt rør lukket ved en ende, hvilket rør har en åpning i sin vegg ved den lukkede ende, hvor den ytre flate til minst den del av røret som innbefatter åpningen er omhyllet av et lag av bioforenlig, gasspermeabelt materiale, karakterisert ved at den indre flate til det område av omhyllingsmateriale (5) som ligger over åpningen "(4) er belagt med et lag (6) av gasspermeabelt materiale, hvis permeabilitet er betydelig mindre enn permeabiliteten for omhyllingsmaterialet (5).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at det fleksible rør er et to-roms kateter (1), hvor det ene rom (2) er utstyrt med en gasspermeabel membran (10) og det andre rom (3) er utstyrt med en åpning (8) gjennom hvilken prøver av væske kan tas.